[0001] 本公开实施例涉及但不限于半导体技术领域，尤其涉及一种AIP封装结构、雷达传感器及电子设备。

[0002] 封装天线(Antenna‑in‑Package，AIP)利用封装材料与工艺，将天线与芯片集成在封装内，为新兴的无线系统级芯片或单芯片无线电提供天线解决方案。目前Aip结构采用倒装焊工艺(bumping)并在封装过程中引入基板，通过bumping的solder(焊料)与基板表面的Solder(solder on pad，SOP)进行连接。如何兼顾电磁兼容性(EMC)、低损耗以及Aip小型化是目前亟待解决的问题。实用新型内容

[0003] 本公开实施例提供了一种AIP封装结构、雷达传感器及电子设备，以兼顾EMC鲁棒性、低损耗及AIP封装结构的小型化设计。

[0004] 一方面，本公开实施例提供了一种AIP封装结构，包括芯片结构和顺序设置的第一金属层、第二金属层、天线结构层，所述第一金属层与第二金属层之间、所述第二金属层与所述天线结构层之间均设有介质层，所述芯片结构设置在所述第一金属层与所述第二金属层之间；

[0005] 所述芯片结构与所述第一金属层电连接，并通过所述第一金属层与所述第二金属层电连接实现接地；所述第二金属层还与所述天线结构层电连接，所述芯片结构通过所述第一金属层、第二金属层与所述天线结构层电连接进行信号传输。

[0006] 在示例性实施例中，所述芯片结构包括芯片，所述芯片的第一表面设有芯片焊盘；所述芯片结构还包括绝缘层和连接结构层，所述绝缘层设置在所述第一表面，且在与所述芯片焊盘对应的位置设置有通孔，以暴露出所述芯片焊盘；所述连接结构层设置在所述绝缘层的通孔位置处，以电连接所述芯片焊盘与所述第一金属层。

[0007] 在示例性实施例中，所述连接结构层包括与所述芯片焊盘对应的凸块、焊球，所述凸块通过所述绝缘层的通孔与一个所述芯片焊盘连接，所述焊球设置在所述凸块的上层，用于与所述第一金属层形成电连接。

[0008] 在示例性实施例中，所述连接结构层的正投影与所述芯片焊盘的正投影相重叠。

[0009] 在示例性实施例中，所述第一金属层包括第一金属部分、第二金属部分，所述第二金属层包括接地部分和第三金属部分，所述芯片结构通过所述第一金属部分与所述接地部分电连接实现接地；所述芯片结构通过第二金属部分、第三金属部分、天线结构层依次电连接进行信号传输。

[0010] 在示例性实施例中，所述第一金属层与第二金属层之间的介质层采用预浸材料，所述芯片结构埋入所述预浸材料内。

[0011] 在示例性实施例中，所述天线结构层包括依次设置的第三金属层和第四金属层，所述第三金属层靠近所述第二金属层一侧设置，所述第三金属层与所述第四金属层之间设有介质层；所述第三金属层包括馈电部分，所述第四金属层包括天线部分，所述馈电部分与所述天线部分电连接；所述第二金属层通过馈电部分实现与所述天线部分的电连接。

[0012] 在示例性实施例中，所述第一金属层还包括有作为整个封装结构的信号接口的信号部，所述芯片结构与所述信号部分电连接。

[0013] 另一方面，本公开实施例还提供了一种雷达传感器，包括如前所述的AIP封装结构。

[0014] 再一方面，本公开实施例还提供了一种电子设备，包括如前所述的AIP封装结构，或者如前所述的雷达传感器。

[0015] 采用本公开实施例方案，由于将芯片结构设置在AIP封装结构中的第一金属层和第二金属层之间，相对于原有封装结构可以缩小整个AIP封装结构的厚度，便于实现AIP封装结构的小型化。另外，由于将芯片结构设置为AIP封装结构内部，通过第一金属层和第二金属层使芯片结构与天线结构层连接，减少了绕线长度，从而可以减少绕线产生的损耗，并且在减少绕线之后也可以减少相应的电磁干扰和电迁移，从而实现兼顾EMC、低损耗及封装结构的小型化设计的目的。

[0016] 本公开的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本公开而了解。本公开的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。

[0031] 本公开描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本公开所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。

[0032] 本公开包括并设想了与本领域普通技术人员已知的特征和元件的组合。本公开已经公开的实施例、特征和元件也可以与任何常规特征或元件组合，以形成由权利要求限定的独特的方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它方案的特征或元件组合，以形成另一个由权利要求限定的独特的方案。因此，应当理解，在本公开中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。因此，除了根据所附权利要求及其等同替换所做的限制以外，实施例不受其它限制。此外，可以在所附权利要求的保护范围内进行各种修改和改变。

[0033] 在本说明书中，“电连接”包括构成要素通过具有某种电作用的元件连接在一起的情况。“具有某种电作用的元件”只要可以进行连接的构成要素间的电信号的授受，就对其没有特别的限制。“具有某种电作用的元件”的例子不仅包括电极和布线，而且还包括晶体管等开关元件、电阻器、电感器、电容器、其它具有各种功能的元件等。

[0034] 图1为相关技术中的封装结构中晶粒(Die，晶圆切割后形成)截面图，图2为封装结构中基板截面图，图3为封装平面图。在封装前需对晶圆(Wafer)进行凸块(bumping)加工，晶圆表面包括金属焊盘(Al Pad)101和钝化层102。bumping加工时，在金属焊盘101上设置有第一绝缘层103，金属层104和第二绝缘层105，其中金属层104为再布线层(RDL，或称重布线层)，绝缘层材料为聚酰亚胺(Polyimide)或苯并环丁烯(BCB)或聚苯并恶唑(PBO)。第二绝缘层105上电镀有UBM(under ball metal，沉积凸点下金属)层106，其上设置有铜或焊柱凸块(copper or solder pillar bump)107，UBM层106通过RDL层104与金属焊盘101连接，藉由凸块107，晶粒将与基板上的焊盘(solder on pad，SOP)连接，进而与基板内部走线(trace)形成电回路。如图3所示，基板内部包括天线层M1、馈线层M2、金属地层M3和连接线层M4。连接线层M4与基板表面的焊盘(SOP)连接。

[0035] 如前所述，芯片通过两绝缘层和再布线层以及UBM(under ball metal，沉积凸点下金属层)绕线后最终电镀凸块，再借由SOP与基板形成电回路。由于凸块通过再布线层RDL与焊盘101连接，会存在一定的电磁干扰和电损耗。

[0036] 为此，本公开实施例提供一种AIP封装结构1，如图4所示，包括芯片结构11和顺序设置的第一金属层12、第二金属层13、天线结构层14，所述第一金属层12与第二金属层13之间、所述第二金属层13与所述天线结构层14之间均设有介质层15(如图所示，包括第一金属层12与第二金属层13之间的介质层151，以及第二金属层13与天线结构层14之间的介质层152)，所述芯片结构11设置在所述第一金属层12与所述第二金属层13之间；所述芯片结构
11与所述第一金属层12电连接，并通过所述第一金属层12与所述第二金属层13电连接实现接地；所述第二金属层13还与所述天线结构层14电连接，所述芯片结构11通过所述第一金属层12、第二金属层13与所述天线结构层14电连接进行信号传输。

[0037] 采用本公开实施例方案，由于将芯片结构11设置在AIP封装结构1中的第一金属层12和第二金属层13之间，相对于原有封装结构可以缩小整个AIP封装结构的厚度，便于实现AIP封装结构的小型化。另外，由于将芯片结构11设置为AIP封装结构内部，通过第一金属层
12和第二金属层13使芯片结构与天线结构层14连接，减少了绕线长度，从而可以减少绕线产生的损耗，并且在减少绕线之后也可以减少相应的电磁干扰和电迁移，从而实现兼顾EMC、低损耗及封装结构的小型化设计的目的。

[0038] 在一示例性实施例中，如图5所示，所述芯片结构11包括芯片111，所述芯片111的第一表面设有芯片焊盘112；所述芯片结构11还包括绝缘层113和连接结构层114，所述绝缘层113设置在所述芯片111的第一表面，且在与所述芯片焊盘112对应的位置设置有通孔，以暴露出所述芯片焊盘112；所述连接结构层114设置在所述绝缘层113的通孔位置处，以电连接所述芯片焊盘112与所述第一金属层12。在本示例中，相比与原有技术，由于在芯片结构11中减少了一个金属层和一个绝缘层，进一步降低了该封装结构的厚度，便于实现封装结构的小型化。另外，由于使连接结构层114直接与芯片焊盘112连接，减少了绕线长度，从而可以减少绕线产生的损耗，并且在减少绕线之后也可以减少相应的电磁干扰和电迁移，更好地实现EMC、低损耗及封装结构的小型化的兼顾。

[0039] 在示例性实施例中，图5中芯片焊盘112与绝缘层113之间还可以设置有钝化层，本申请对此不作限制。

[0040] 在一示例性实施例中，如图6所示，所述连接结构层114包括与所述芯片焊盘112对应的凸块1141、焊球1142，如所述凸块1141通过所述绝缘层113的通孔与一个所述芯片焊盘112连接，所述焊球1142设置在所述凸块1141的上层，用于与所述第一金属层12形成电连接。

[0041] 如图5和图6所示，所述连接结构层114的正投影与所述芯片焊盘112的正投影相重叠。例如，所述凸块1141的正投影与所述芯片焊盘112的正投影相重叠。示例性地，所述凸块1141与所述焊球1142的投影可以相重叠。本文所述相重叠包括部分重叠或完全重叠，其中，所述部分重叠包括投影范围部分相交，所述完全重叠包括投影范围完全重合，或者一方投影包含另一方投影，例如所述凸块1141的投影大于所述焊球1142的投影，或者所述芯片焊盘112的投影大于所述凸块1141的投影。

[0042] 在示例性实施例中，如图7所示，所述第一金属层12包括第一金属部分121和第二金属部分122，所述第二金属层13包括接地部分131和第三金属部分132，所述芯片结构11通过所述第一金属部分121与所述接地部分131电连接实现接地，所述芯片结构11通过第二金属部分122、第三金属部分132、天线结构层14依次电连接进行信号传输。通过该种连接方式保证芯片结构11的接地以及芯片结构11与天线结构层14之间的连接。

[0043] 在示例性实施例中，所述第一金属层12与第二金属层13之间的介质层151可采用预浸材料(PrePreg，简称PP)，所述芯片结构11通过芯片后装(chip‑last)工艺埋入所述PP材料内。通过采用PP材料可以进一步降低介电常数和损耗。所述PP材料在被层压前为半固化片，又称为半固化层，被层压后可用于多层印制板的内层导电图形的粘合及绝缘。

[0044] 在示例性实施例中，如图8所示，所述天线结构层14包括依次设置的第三金属层141和第四金属层142，所述第三金属层141靠近所述第二金属层13一侧设置，所述第三金属层141与所述第四金属层142之间设有介质层153；所述第三金属层141包括馈电部分1411，所述第四金属层142包括天线部分1421，所述馈电部分1411与所述天线部分1421电连接；所述第二金属层13通过馈电部分1411实现与所述天线部分1421的电连接。

[0045] 在示例性实施例中，所述第一金属层12还可包括有作为整个封装结构的信号接口的信号部(图中未示出)，所述芯片结构11与所述信号部分电连接，以实现外部电路通过该信号部直接与芯片结构11电连接。

[0046] 图9为本公开实施例提供的一种AIP封装结构的示例图，包括第一基底16、第四金属层142、第一介质层153、第三金属层141、第二介质层152、第二金属层13、第三介质层151和第一金属层12，其中：第四金属层142包括天线层，第三金属层141包括馈线层(馈线用于连接馈源)，第二金属层13包括金属地层，第一金属层12包括连接线层；在第三介质层151设置有凹槽，用于放置如图10所示的芯片结构11，第一金属层12还设置有用于与AIP封装结构1连接的金属线，在第一金属层12上方还可设置有保护层17。第四金属层142通过通孔V1实现与第三金属层141的电连接，第三金属层141通过通孔V2实现与第二金属层13的电连接，第二金属层13通过通孔V3实现与第一金属层12的电连接。图9仅为连接关系简化视图，并未示出芯片结构11与第一金属层12和第二金属层13的连接关系，具体可参见图7中所示。

[0047] 在本示例中，通过将芯片设置在第一金属层12和第二金属层13之间，使芯片尽可能远离天线层，能有效抑制来自芯片内部的辐射，使得AIP封装结构拥有更强的EMC(电磁兼容性)鲁棒性。另外，由于芯片直接与基板结构(基板结构是指上述AIP封装结构1中除芯片结构11之外的结构)连接，无需通过RDL层，降低工艺复杂度，降低成本，对于直流而言，可有效降低直流电压压降(IR drop)带来的AIP芯片上的供电风险，对于77GHz信号而言，可有效适应AIP封装结构在高频天线信号的低损耗需求。再次，由于将AIP芯片设置在第一金属层12和第二金属层13之间，可以在更小的封装尺寸内实现Aip模组，实现Aip芯片的小型化。

[0048] 图10为图9所示芯片结构11的示意图，芯片结构包括Aip芯片111，位于Aip芯片表面的芯片焊盘112以及位于芯片焊盘112上层(远离Aip芯片111一侧)的钝化层115，芯片焊盘112为所述Aip芯片111的连接引脚；钝化层115用于保护Aip芯片防止被腐蚀，钝化层115暴露出芯片焊盘112；钝化层115上设置有开设有通孔的绝缘层113，连接结构层114设置在所述绝缘层113的通孔位置处，电连接芯片焊盘112，以用于形成连接电极。示例性地，所述连接结构层114包括凸块层和焊球层，凸块层包括多个凸块1141，焊球层包括多个焊球1142；绝缘层113设置在钝化层115上(远离所述芯片111的一侧)，并在与芯片焊盘112对应位置设置有通孔，绝缘层113上设置有用于支撑或连接的凸块1141，凸块1141通过通孔与下层的芯片焊盘112连接，可见，凸块1141在Aip芯片111上的投影与所述芯片焊盘112在Aip芯片111上的投影相重叠(包括完全重叠或部分重叠)，每个焊球1142设置在一个凸块1141顶端，以用于与基板中的第一金属层12连接。

[0049] 图9所示的AIP封装结构中，除了可以采用如图10所示的芯片结构外，还可以采用如图11所示的芯片结构，在图11所示芯片结构中，所述芯片结构包括芯片111，所述芯片111的第一表面设有芯片焊盘112；所述芯片结构111还包括钝化层115、连接层116、绝缘层113和连接结构层114，所述钝化层115设置在所述芯片111的第一表面，用于保护芯片防止被腐蚀，在该钝化层115与所述芯片焊盘112对应的位置设置有通孔，以暴露出所述芯片焊盘112，所述连接层116设置在所述钝化层115的通孔位置处，以电连接所述芯片焊盘112，所述连接层116上设置有绝缘层113，所述绝缘层113设置有通孔，以暴露出所述连接层116，所述连接结构层114设置在所述绝缘层113的通孔位置处，以电连接所述连接层116。所述连接结构层114可包括凸块层和焊球层，凸块层包括多个凸块1141，焊球层包括多个焊球1142。

[0050] 在示例性实施例中，第三介质层151的PP材料可以进一步降低介电常数和损耗。

[0051] 在示例性实施例中，为了满足整体基板‑PP层的厚度要求，可进一步减薄芯片厚度，例如采用Gold bump工艺进行嵌入式互连，即在制备如图10或图11所示芯片结构时，将焊球1142材料锡替换为金(gold)，以与基板互连。采用Gold bump工艺可以降低芯片结构的整体厚度，使芯片厚度能达到30um左右。

[0052] 在示例性实施例中，为了更进一步降低PP层的厚度要求，可借助wire bond(打线键合)工艺形成Gold or Copper Stud(金或铜螺柱)，从而降低高度。本公开实施例采用电焊工艺代替现有的电镀工艺，采用电子显微镜拍摄焊接后得到的凸块如图12a所示，焊接后可以通过物理按压凸块可以降低凸块的高度，采用电子显微镜拍摄物理按压后的凸块如图12b所示。

[0053] 在示例性实施例中，由于减少了RDL层，根据基板绕线需要可以在第一金属层12上设置第四介质层(设置通孔)和第五金属层，以实现绕线连接。

[0054] 如图4所示的AIP封装结构的制备方法，包括以下步骤：

[0055] 在硅基上设置芯片结构11，所述芯片结构11包括AIP芯片111，位于AIP芯片111表面的芯片焊盘112以及位于芯片焊盘112远离所述AIP芯片111一侧且暴露出芯片焊盘112的钝化层115(可选)；在所述AIP芯片111具有芯片焊盘112的表面依次形成绝缘层113和连接结构层114，所述连接结构层114通过所述绝缘层113的通孔与所述芯片焊盘112电连接，以形成芯片结构11；

[0056] 如图9所示，在第一基底16上依次设置第四金属层142、第一介质层153、第三金属层141、第二介质层152、第二金属层13、第三介质层151和第一金属层12；其中，在形成第三介质层151后，在所述第三介质层151形成凹槽，将前述得到的芯片结构11倒装于所述凹槽中，在形成第一金属层12时，在所述第一金属层12形成与所述芯片结构11中连接结构层114连接的金属线。

[0057] 上述硅基例如可以是硅晶圆，例如在硅晶圆上形成多个芯片结构，通过切割形成晶粒。

[0058] 在示例性实施例中，所述连接结构层114包括凸块层和焊球层，所述凸块层包括凸块1141，所述凸块1141通过所述绝缘层113的通孔与所述芯片焊盘112连接，所述焊球层包括焊球1142，所述焊球1142设置在所述凸块1141远离所述AIP芯片111的一端。

[0059] 所述焊球1142可采用金材料制备。

[0060] 在示例性实施例中，所述凸块层可采用打线键合工艺形成。

[0061] 本公开实施例还提供了一种雷达传感器，所述雷达传感器用于基于参考频率经发射天线发射电磁波信号，以及利用接收天线接收被目标物体所反射形成的回波，并基于发射的射频信号进行下变频处理，生成并输出中频信号。达传感器还用于将中频信号转换为数字信号后进行信号处理。

[0062] 在本公开示例性实施例中，所述调频连续波信号为毫米波信号，以使得所述电子装置可应用于自动驾驶、工业自动化、智能家电以及安检等领域中。所述雷达传感器可以为集成有天线的AiP毫米波雷达芯片，即所述雷达传感器可包括如图4或图7、或图8或图9所示的AIP封装结构，该封装结构中的芯片结构即为Aip毫米波雷达芯片。

[0063] 所述雷达传感器可按照预设的连续调频方式生成一个chirp信号；通过倍频处理得到射频发射信号，并馈电至发射天线，以发射相应的探测信号波。当探测信号波被物体反射时，形成回波信号波。通过接收天线将回波信号波转换成射频接收信号。雷达传感器利用射频发射信号将射频接收信号进行下变频、滤波等处理，再经进行模数转换处理，输出表示探测信号波和回波信号波之间差频的基带数字信号。再通过信号处理从所述基带数字信号中提取测量信息，并输出测量数据。其中，所述信号处理包括基于对至少一路接收天线所提供的至少一路待处理信号进行相位、频率、时域等数字化信号处理计算。所述测量数据包括以下至少一种：用于表示所探测到的至少一个障碍物的相对距离的距离数据；用于表示所探测到的至少一个障碍物的相对速度的速度数据；用于表示所探测到的至少一个障碍物的相对角度的角度数据等。

[0064] 在示例性实施例中，本公开实施例还提供了一种包括前述封装结构或雷达传感器的电子设备。

[0065] 示例性地，该电子设备包括：设备本体；以及设置于设备本体上的如上述实施例的封装结构或雷达传感器等电子器件。其中所述设备本体为承载无线电器件、并与无线电器件信号连接的结构。所述无线电器件通过发射和/或接收经移相器移相处理的无线电信号，实现诸如在波束扫描的范围内进行目标检测和/或通信等功能，以向设备本体提供检测目标信息和/或通讯信息，进而辅助甚至控制设备本体的运行。

[0066] 在一个可选的实施例中，上述包含设备本体和前述至少一个无线电器件的电子设备可为应用于诸如智能住宅、交通、智能家居、消费电子、监控、工业自动化、舱内检测及卫生保健等领域的部件及产品。例如，该设备本体可为智能交通运输设备(如汽车、自行车、摩托车、船舶、地铁、火车等)、安防设备(如摄像头)、液位/流速检测设备、智能穿戴设备(如手环、眼镜等)、智能家居设备(如扫地机器人、门锁、电视、空调、智能灯等)、各种通信设备(如手机、平板电脑等)等，以及诸如道闸、智能交通指示灯、智能指示牌、交通摄像头及各种工业化机械臂(或机器人)等，也可为用于检测生命特征参数的各种仪器以及搭载该仪器的各种设备，例如汽车舱内检测、室内人员监控、智能医疗设备、消费电子设备等。

[0067] 在本公开实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“直接连接”、“间接连接”、“固定连接”、“安装”、“装配”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；术语“安装”、“连接”、“固定连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据情况理解上述术语在本公开中的含义。

[0068] 在描述具有代表性的实施例时，说明书可能已经将方法和/或过程呈现为特定的步骤序列。然而，在该方法或过程不依赖于本文所述步骤的特定顺序的程度上，该方法或过程不应限于所述的特定顺序的步骤。如本领域普通技术人员将理解的，其它的步骤顺序也是可能的。因此，说明书中阐述的步骤的特定顺序不应被解释为对权利要求的限制。此外，针对该方法和/或过程的权利要求不应限于按照所写顺序执行它们的步骤，本领域技术人员可以容易地理解，这些顺序可以变化，并且仍然保持在本申请实施例的精神和范围内。